REFORMULACIÓN DE LAS TEMPERATURAS...

REFORMULACIÓN DE LAS TEMPERATURAS

ADMISIBLES DE SERVICIO DE LAS MEZCLAS

BITUMINOSAS A PARTIR DE LA DETERMINACIÓN DEL “GRADO DE COMPORTAMIENTO FUNCIONAL”

AUTORES:

Dr. Ing. Hugo Daniel BIANCHETTO

Universidad Tecnológica Nacional - Facultad Regional Avellaneda

Ing. Alfredo Ignacio ASURMENDI

Universidad Tecnológica Nacional - Facultad Regional Avellaneda y

Universidad Nacional de La Plata – Facultad de Ingeniería – LaPIV

Ing. Cecilia SOENGAS

Universidad Tecnológica Nacional - Facultad Regional La Plata

LEMaC

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Con esta investigación se pretende:

√ Desarrollar una metodología que permita determinar el

verdadero nivel de prestación de los asfaltos en las

mezclas bituminosas (“Grado de Comportamiento

Funcional”)

√ Optimizar las cualidades de las mezclas asfálticas a

partir de los beneficios que brinda la adición racional

de fílleres químicamente activos, especialmente cal

hidráulica, incluso con la posibilidad de ampliar su

rango de temperaturas admisibles de servicio

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El PG puede no llegar a reproducir cabalmente el grado de

desempeño potencial de un ligante debido a

circunstancias intrínsecas y extrínsecas respecto del

asfalto. La naturaleza, proporciones y características de los

agregados pétreos y del relleno mineral condicionarán el

comportamiento del asfalto en el aglomerado.

En especial, la incorporación de fílleres activos produce

una serie de mejoras en las propiedades de las mezclas.

Se ha pensado en un procedimiento simple pero representativo para evaluar lo que aquí se da en llamar el

Grado de Comportamiento Funcional, válido para un

ligante asfáltico en una mezcla bituminosa determinada.

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El GCF está concebido como una variante del PG; se trata

de potenciar las posibilidades de empleo del asfalto en algunas mezclas tomando como base y referencia los

postulados de SHRP.

En síntesis, el GCF de un asfalto depende de sus cualidades

y también de los demás componentes de la mezcla. Un

mismo asfalto, empleado en diferentes mezclas, puede

poseer distintos GCF.

Así, una selección adecuada de materiales y una correcta dosificación permitirían mejorar las propiedades finales de

la mezcla y, eventualmente, provocar un “incremento” de

su grado de desempeño (“upgrade”) hacia las más altas y/o las más bajas temperaturas de prestación.

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Caracterización PG

Punto de inflamaciòn AASTHO T-48 (ºC) min. 230 235

Viscosidad rotacional a 135º ASTM D-4402 (Pa.s) màx. 3 0,35

Ensayo de corte dinàmico (DSR) AASTHO TP -5

Factor de ahuellamiento “G*/Sin(δ)” (kPa) min 1.00 1.15

Temperatura (ºC) 58

Residuo RTFOT (AASHTO T-240)

Pèrdida de masa (%) màx 1.00 0.41

Ensayo de corte dinàmico AASTHO TP -5

Factor de ahuellamiento “G*/Sin(δ)” (kPa) min 2.20 2.27


Residuo PAV (100 ºC)

Ensayo de corte dinàmico (DSR) AASTHO TP -5

Factor de fisuraciòn por fatiga “G*.Sin(δ)” (kPa) màx. 5000 3755


Reometro de flexion (BBR) AASTHO TP-1

Mòdulo de rigidez (MPa) màx. 300 210

Valor - m min 0.300 0.309

Temperatura (ºC) -12

Grado de Performance 58 – 22

235 Punto de inflamaciòn

Viscosidad rotacional a 135º 0,35

Ensayo de corte dinàmico (DSR)

Factor de ahuellamiento “G*/Sin(δ)” 1.15

58 Temperatura Residuo RTFOT (AASHTO T-240)

Factor de ahuellamiento “G*/Sin(δ)”

Temperatura

2.27

58

Residuo PAV (100 ºC)0

Factor de fisura por fatiga “G*.Sin(δ)”

Temperatura

3755

22 Reometro de flexion (BBR) Mòdulo de rigidez

Valor - m

Temperatura

210

0.309

-12

Grado de Performance 58 – 22

Mezclas densas, con agregados de tamaño máximo 12 mm (áridos graníticos triturados 0-6 y 6-12 de buena calidad) y 5,4% de ligante

Con asfalto CA-10

* sin cal

* con cal (Cv/Cs=1)

Con asfalto CA-30

* sin cal

* con cal (Cv/Cs=1)

Al adicionar cal, se variaron moderadamente las proporciones entre agregados gruesos y finos, procurando no alterar en demasía las granulometrías, a fin de obtener una RBV aproximadamente similar

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Para analizar la temperatura máxima de performance

(GCF superior), dado que la condición más

desfavorable se da en las primeras etapas de servicio,

se estudió directamente la falla más representativa (el

ahuellamiento), moldeándose probetas para Wheel

Tracking Test de mezclas con y sin cal envejecidas a

corto plazo, las cuales se ensayaron a la temperatura

máxima PG.

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A la mezcla con fíller se la ensayó además a

temperaturas más elevadas para verificar si se lograba un “upgrade” gracias a la adición de cal.

Para la temperatura mínima (GCF inferior) del asfalto, en

primer lugar se reprodujo en las mezclas sin fíller un

envejecimiento del asfalto a largo plazo en laboratorio

similar al provocado para su caracterización PG.

Se mantuvo la mezcla en horno con ventilación forzada

sin compactar 4 horas a 135 ºC (envejecimiento a corto

plazo) y después una cantidad variable de días a 85ºC

(largo plazo) hasta comprobar que el ligante

recuperado por destilación controlada alcanzace un

nivel de envejecimiento similar al obtenido con RTFOT+PAV

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RTFOT + PAV (procedimiento

del SHRP), lo cual se evalúa

mediante el “barrido” de

temperaturas previsto con el

DSR y el análisis del parámetro

G*.sin δ.

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Mezclas elaboradas con asfalto CA-10

Determinación del GCF superior

Sin cal, 58 ºC Con cal, 58 ºC Con cal, 61 ºC Con cal, 64 ºC

Prof. huella a 10000 ciclos (mm) 5,9 5,1 13,7 --

Prof. huella a 120´(3200 ciclos)

(mm) 3,4 2,7 6,1 7,2

Vel. def. D5000-D10000 (mm/ciclo) 0,36 x 10-3 0,34 x 10-3 0,98 x 10-3 --

Vel. def. 60´- 120´ (mm/min) 1,0 x 10-2 1,0 x 10-2 3,5 x 10-2 4,5 x 10-2 12


La evaluación de los resultados determinó que el GCF

máximo del asfalto en la mezcla estudiada fuese igual al

PG del ligante (+ 58 ºC).

De todos modos, de la curva del ensayo WTT de la mezcla

con cal a 58 ºC se tiene que, para alcanzarse la misma

deformación permanente que en la mezcla sin cal, se

necesitarían casi 3000 ciclos más.

Es decir, si bien no hay una mejora o “upgrade” del GCF

superior, la adición de cal posibilita una importante

prolongación de la vida de servicio del pavimento en términos del número de ejes equivalentes.

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GCF sup. = + 58 ºC

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Determinación del GCF inferior

La mezcla se mantuvo en horno con ventilación

forzada sin compactar :

1.- 4 horas a 135 ºC (envejecimiento a corto plazo).

2.- Con 4 días a 85ºC (envejecimiento a largo plazo),

se comprueba que el ligante recuperado alcanza un

envejecimiento similar al obtenido con RTFOT + PAV

(SHRP), a partir de la determinación de G*.sin δ.

Asfalto original provisto por destilería

Factor de fisuraciòn por fatiga “G*.sin(δ)” (kPa) màx. 5000 3755


Factor de fisuraciòn por fatiga “G*.sin(δ)” (kPa) màx. 5000 > 5000


Grado de Performance PG 58 – 22

Asfalto extraído de la mezcla sin fíller, envejecida Factor de fisuraciòn por fatiga “” (kPa) màx. 5000 4015


PG = GCF 58 – 22

Asfalto extraído de la mezcla con fíller, envejecida Factor de fisuraciòn por fatiga “G*.sin(δ)” (kPa) màx. 5000 3567


Factor de fisuraciòn por fatiga “G*.sin(δ)” (kPa) màx. 5000 4948 Temperatura (ºC) 19

Grado de Comportamiento Funcional GCF 58 – 28

Factor de fisuraciòn por fatiga “G*.sin(δ)”

Temperatura

3755

22



Temperatura

4015

22

PG = GCF 58 – 22


Temperatura

4948

19

Grado de Comportamiento Funcional GCF 58 – 28 (1)

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(1) El comportamiento de la mezcla con cal en el WTT no determinó un aumento

de graduación, manteniéndose 58ºC como temperatura superior del asfalto en

la mezcla. En consecuencia, como la temperatura mínima a la cual se cumple

que G*.sin(δ) < 5000 es 19ºC, de la especificación AASHTO MP1 surge que el

GCF pasa a ser 58-28, mejorándose la graduación respecto del PG

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Asfalto original CA-30 provisto por destilería

Punto de inflamaciòn AASHTO T-48 (ºC) min. 230 >235

Viscosidad rotacional a 135º ASTM D-4402 (Pa.s) màx. 3,0 0,49

Ensayo de corte dinàmico (DSR) AASHTO TP-5

Factor de ahuellamiento “G*/Sin(δ)” (kPa) min 1,00 1,21


Residuo RTFOT (AASHTO T-240)

Pèrdida de masa (%) màx 1,00 0,27

Ensayo de corte dinàmico AASHTO TP-5

Factor de ahuellamiento “G*/Sin(δ)” (kPa) min 2,20 2,41


Residuo PAV (100 ºC)

Ensayo de corte dinàmico (DSR) AASHTO TP-5

Factor fisuraciòn por fatiga “G*.Sin(δ)” (kPa) màx. 5000 4109


Reometro de flexion (BBR) AASHTO TP-1

Mòdulo de rigidez (MPa) màx. 300 245

Valor - m min 0,300 0,303

Temperatura (ºC) -6

Grado de Performance (PG) 70 -16


Grado de Performance (PG) 70 -16

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Determinación del GCF superior

El ligante está caracterizado como PG 70-16.

No se ha efectuado la redeterminación del GCF superior

debido a dos razones:

1.- Tendría que ejecutarse el ensayo WTT a 76ºC

(temperatura que podría dañar algunos mecanismos del

equipo)

2.- La respuesta del ligante CA-10, en principio más

susceptible a efectos de rigidización por el fíller, permite

inferir que difícilmente se pueda lograr un upgrade en este asfalto CA-30

Se asume, entonces, que:

GCF superior = 70ºC

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Determinación del GCF inferior

La mezcla se mantuvo en horno con ventilación

forzada sin compactar :

1.- 4 horas a 135 ºC (envejecimiento a corto plazo).

2.- 5 días a 85ºC (envejecimiento a largo plazo),

comprobándose que el ligante recuperado alcanzó

un envejecimiento similar al obtenido con RTFOT +

PAV (SHRP), a partir de la determinación de G*.sin δ.

Asfalto original provisto por destilería Factor de fisuraciòn por fatiga “G*.sin(δ)” (kPa) màx. 5000 4109





Asfalto extraído de la mezcla sin fíller, envejecida Factor de fisuraciòn por fatiga “” (kPa) màx. 5000 4720


PG = GCF 70 – 16

Asfalto extraído de la mezcla con fíller, envejecida Factor de fisuraciòn por fatiga “G*.sin(δ)” (kPa) màx. 5000 3980






Temperatura

4109

31



Temperatura

4720

31

PG = GCF 70– 16


Temperatura

3980

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- El “Grado de Comportamiento Funcional” (GCF) de un

ligante en una mezcla bituminosa es una variante del PG

basado en principios de funcionalidad, considerando la

interacción del asfalto con los áridos y, en especial, con

los fílleres químicamente activos.

- Se estudiaron dos ligantes convencionales, un CA-10

y un CA-30, caracterizados como “PG 58-22” y “PG 70-

16” respectivamente. Se elaboraron mezclas con áridos

graníticos y cal hidratada (relleno mineral de

aportación), respetando el concepto de “concentración

crítica” de los fílleres, para determinar sus

correspondientes GCF.

-El objetivo es ponderar de forma cuali-cuantitativa las

mejoras funcionales debido al empleo de racional de cal

en las mezclas

CONCLUSIONES

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- El “factor ahuellamiento” se evaluó con Wheel Tracking

Test en las mezclas elaboradas con CA-10 y envejecidas

a corto plazo.

- Para analizar el “factor de fisuración por fatiga” se

sometió a las mezclas sin cal a un envejecimiento en

laboratorio tal que el ligante adquiriese características

análogas a las de su caracterización PG. Luego se

expusieron las mezclas con cal a condiciones similares,

extrayéndose el asfalto y determinándose los GCF

inferiores respectivos siguiendo el procedimiento SHRP.

- Se mejoró en un nivel PG (-6ºC) la caracterización a

bajas temperaturas de ambos asfaltos. A temperaturas

elevadas no se logró sobregraduación, pero sí una

optimización del desempeño ante el ahuellamiento a

igual temperatura

CONCLUSIONES

21

Muchas gracias!!!!

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BITUMINOSAS A PARTIR DE LA DETERMINACIÓN

DEL “GRADO DE COMPORTAMIENTO FUNCIONAL” (Bianchetto, Asurmendi, Soengas)

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